Nesen Profesora Lu Huadonga pētījumu grupa no Šansi universitātes Optoelektronikas institūta inovatīvi ierosināja metodi, lai sasniegtu augstas stabilitātes šauras spektra tuvu infrasarkano lāzera izvadi, sajaucot stimulētu emisiju un optisko parametriskos procesus. Ieviešot optisko parametrisko procesu pastiprinātā lāzera rezonanses dobumā, spontāna starojuma īpatsvars lāzera impulsa veidošanās procesā bija ievērojami samazināts, efektīvi sašaurinot izejas lāzera impulsa platumu un samazinot lāzera impulsa laika raustīšanos. Visbeidzot, nanosekundes impulss 830 nm tuvu infrasarkanai lāzera izejai ar izejas jaudu 7,75 W un spektra platums bija 400,93 MHz, un tā impulsa laika satricinājuma standarta novirze bija tikai 2,285 ns. Šis pētījums nodrošina jaunu ideju, lai realizētu kompaktu, lieljaudas, augstas stabilitātes šauras spektra lāzera, bez bloķēšanas kontroles.
Tuvumā infrasarkanās gaismas avoti (700 ~ 1000 nm) ir plaši izmantoti materiālu apstrādē, biomedicīnā, vides uzraudzībā un LIDAR, pateicoties to lieliskajai izplatībai un zemām izkliedes īpašībām. Izmantojot nelineāru frekvences pārveidošanas tehnoloģiju, tās izvades viļņa garumu var vēl vairāk paplašināt līdz Terahertz, vidējā infrasarkanā, redzamā gaisma un ultravioletā josla, lai apmierinātu dažādu lietojumprogrammu, piemēram, drošības noteikšanas, lāzera komunikācijas, lāzera projekcijas un litogrāfijas, vajadzības.
Pašlaik gājēju pārslēgtos titāna safīra lāzerus parasti izmanto, lai sasniegtu lieljaudas, šauras spektra nanosekundes impulsu tuvu infrasarkanai lāzera izvadei. Tomēr titāna safīra kristāli radīs siltuma efektus, kad tie ir sūknēti ar lielu jaudu, kas nopietni ierobežo lāzera izejas jaudu, pārveidošanas efektivitāti un staru kūļa kvalitāti. Kad titāna safīra lāzers tiek darbināts ar mazu jaudu, impulsa laika noteikšanai ir nopietna satricinājuma, jo ir zema sūknēšanas ātruma dēļ. Turklāt 532 nm lāzera izmantošana, lai sūknētu optiskos parametriskos oscilatorus, ir arī efektīva metode gandrīz infrasarkanā lāzera izvadei. Lai arī šo metodi neierobežo termiskais efekts, sakarā ar fāžu saskaņošanas procesa raksturīgo lielo pieņemšanas joslas platumu, izejas signāla gaismas spektrālais platums ir liels, ja to sūknē ar lielu jaudu. Lai efektīvi sašaurinātu tā spektrālo platumu, tas ir jāinjicē un jānoslēdz ar augstas kvalitātes šauras spektra lāzeru palīdzību, kas ne tikai palielina gaismas avota izmaksas, bet arī ietekmē sistēmas stabilitāti.
Lai pārvarētu pašreizējās tehniskās grūtības, pētījumu grupa ierosināja metodi, lai sasniegtu augstas stabilitātes šauras spektra tuvu infrasarkano lāzera izvadi, sajaucot stimulētu emisiju un optiskos parametriskos procesus. Pirmkārt, lāzera impulsa izvades dinamiskais process pirms un pēc optiskā parametriskā procesa ieviešanas pastiprinātajā TI: safīra lāzers tika teorētiski analizēts. Kā parādīts 1. attēlā, pastiprinātajā lāzerā, kad tiek sūknēts pastiprināšanas līdzeklis, leģētie joni tiek ātri izvietoti lāzera augšējā enerģijas līmenī, un pēc tam spontānas emisijas un stimulētās emisijas darbībā veidojas lāzera impulsa izvade; un, kad optiskais parametriskais process tiek ieviests rezonanses dobumā, lielāka optiskā parametriskā procesa nelineārā konvertēšanas efektivitāte var uzlabot stimulēto emisijas ātrumu lāzera impulsa veidošanās procesā un samazināt spontāna emisijas nosacījumu proporciju, tāpēc tiek saīsināts impulsa noteikšanas laiks un impulsa platums. Turklāt, tā kā optiskajā parametriskajā procesā nav kavēšanās starp sūkņa gaismu un signāla gaismas impulsu, izejas lāzera impulsa laika satricinājums ir ievērojami uzlabojies.
Pētniecības grupa projektēja gandrīz infrasarkano lāzeru ar jauktu stimulētu emisiju un optiskajiem parametriskajiem procesiem, kā parādīts 2. attēlā. TI: safīra kristāls un LBO nelineārais kristāls tiek ievietoti attiecīgi vienā rezonējošā dobumā kā pastiprinājuma barotnes un optiskā parametriskā barotne. Lai elastīgi kontrolētu kavēšanos starp Ti: safīra lāzeru un parametriskā procesa signāla gaismu, kā sūkņa avotiem tiek izmantoti divi nanosekundes impulsa 532 nm lāzeru komplekti ar atkārtojuma frekvenci 6 kHz, un kavēšanās/impulsa ģenerators tiek izmantots, lai sinhroniski izraisītu impulsa secību. Turklāt, lai sašaurinātu Ti: safīra lāzera spektra platumu, rezonējošā dobumā tiek ievietoti etaloni ar biezumu 0,5 mm un 10 mm un četri kombinētie divkāršie filtri. Visbeidzot, pēc izejas spoguļa tiek ievietots pašinjekcijas reflektors, lai pārliecinātos, ka Ti: safīra svārstīgā gaisma dobumā ir atbilstoši optiskā parametriskā procesa signāla gaismai.
Eksperimentā divu sūkņa gaismas impulsa laiku kontrolē ar kavēšanās/impulsa ģeneratoru, un izejas lāzera laika domēna raksturlielumi pēc optiskā parametriskā procesa ieviešanas tiek optimizēti, kā parādīts 3. attēlā. Lāzera veidošanās process un vienlaikus pastiprina stimulēto emisijas ātrumu, tā ka izejas lāzera impulsa platums tiek samazināts no 66,3 ns līdz 18,9 ns, un impulsa noteikšanas laiks tiek saīsināts no 372,9 ns līdz 310 ns. Tajā pašā laikā ir ievērojami uzlabots arī tas, ka nav kavēšanās starp sūkņa gaismu un signāla gaismas impulsu optiskajā parametriskajā procesā, ir ievērojami uzlabots arī lāzera impulsa laika satraukums, un tā standartnovirze tiek samazināta no 9,926 ns līdz 2,285 ns.
Pēc optiskā parametriskā procesa ieviešanas pastiprinātā lāzerā un divu sūkņa gaismas impulsu laika optimizēšanai beidzot tika sasniegta 7,75 W 830 nm lāzera izeja, un tā jaudas stabilitāte bija labāka par 0,85% (RMS), kā parādīts 4. attēlā (a); Gareniskā režīma raksturlielumi tika izmērīti, izmantojot skenējošu FP dobumu (SA210-8B, Thorlabs), un rezultāti parādīja, ka tas varētu uzturēt labu atsevišķu garenvirziena režīma darbību ar maksimālo izejas jaudu, kā parādīts 4. attēlā (b); Šķērsvirziena režīma raksturlielumi tika izmērīti, izmantojot staru kūļa kvalitātes analizatoru (M2MSBC207vis/M, Thorlabs), un staru kūļa kvalitātes M2 koeficients attiecīgi bija labāks par 1,37 un 1,47 X un Y virzienos, kā parādīts 4. attēlā (c). Tajā pašā laikā, sinhroni skenējot divkāršā filtra noregulēšanas leņķi un LBO kristāla temperatūru, tika sasniegts plašs viļņu garuma noregulēšanas diapazons no 764,90 nm līdz 873,43 nm, kā parādīts 4. attēlā (d).
····················································
Komanda izveidoja metodi, lai sasniegtu augstas stabilitātes, augstas enerģijas tuvu infrasarkano staru lāzera izvadi, sajaucot stimulētus emisijas un optiskos parametriskos procesus, un realizējot tuvu infrasarkano lāzeru ar kompaktu struktūru, augstu stabilitāti un šauru spektrālo platumu. Ieviešot optisko parametrisko procesu pastiprinātā lāzera rezonatorā, izejas lāzera laika domēna raksturlielumi tika ievērojami uzlaboti. Visbeidzot, tika sasniegts kompaktais 830 nm tuvu infrasarkanais lāzers ar maksimālo izejas jaudu 7,75 W un spektrālais platums 400,93 MHz, un impulsa platums ir šaurāks kā 18,9 ns un impulsa laika raustīšanās standarta novirze samazinājās līdz 2,285 ns.
